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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE MEDICINA LICENCIATURA EN BIOMEDICINA INSTITUTO DE FISIOLOGÍA LABORATORIO DE NEUROFISIOLOGÍA DE LA CONDUCTA Y CONTROL MOTOR FISIOLOGÍA DE LA ERECCIÓN DEL PENE Y SU RELACIÓN CON LA DISFUNCIÓN ERÉCTIL. Tesis para obtener el título de: LICENCIADO EN BIOMEDICINA PRESENTA: DAN RENDÓN RODRÍGUEZ DIRECTOR: D. C. JOSÉ RAMÓN EGUIBAR CUENCA Enero/2022 Jose R. Eguibar Jose R. Eguibar Jose R. Eguibar Jose R. Eguibar Índice I. Agradecimientos II. Resumen III. Resumen en inglés IV. Introducción a. La conducta sexual masculina b. Definición de la erección del pene c. Modelos animales para el estudio de las erecciones del pene d. Las ratas de alto (HY) y bajo bostezo (LY) como un modelo para el estudio de la fisiología y alteraciones de las erecciones del pene. V. Justificación VI. Antecedentes históricos VII. Anatomía del pene en distintas especies animales VIII. Fisiología de las erecciones del pene a. Mecanismo de erección del pene y de la detumescencia b. Mecanismos moleculares de las erecciones del pene c. Influencia hormonal sobre las erecciones del pene d. Aspectos neurológicos de las erecciones del pene IX. Fisiopatología de la erección del pene a. Disfunción eréctil b. Cambios de la erección del pene con la edad c. Efecto de las enfermedades vasculares d. Efecto de las enfermedades metabólicas e. Farmacología X. Tipos de erecciones a. Erecciones psicogénicas o sin contacto b. Erecciones durante el sueño con movimientos oculares rápidos c. Erecciones reflexogénicas d. Erecciones eróticas XI. Conclusiones XII. Perspectivas XIII. Bibliografía XIV. Anexos: Infografía del pene y la disfunción eréctil. I. Agradecimientos Mi más profundo agradecimiento primeramente a mis padres, por su cariño y apoyo incondicional, que con sus consejos y palabras de aliento hicieron de mí una mejor persona y me han acompañado en todos mis sueños y metas. Principalmente a mi madre porque no hubiera podido llegar tan lejos sin su amor y sin su confianza en mí, me proporcionó todo y cada cosa que necesité. Cada vez que estuve a punto de rendirme siempre estuvo para convencerme de que lo que yo deseara lo podría lograr. A mi hermano, que gracias a él me animé en primer lugar a adentrarme en el campo de la ciencia, alimentando mi curiosidad y haciendo que me cuestionara todo. Por siempre estar a mi lado, por tu cariño, tu amor, tu fortaleza y tu determinación, porque ser el hermano mayor es incluso mejor que ser un superhéroe. A Juan Luis, que fue la primera vez de muchas cosas en mi vida, la persona que le abrí mi alma y corazón, que me conoció física y mentalmente. Su ayuda ha sido fundamental durante mi desarrollo profesional, me acompañó durante mis momentos más turbulentos y los más felices, con paciencia y entrega, siempre motivándome y ayudándome hasta donde sus alcances lo permitieron. De manera especial al doctor José Ramón Eguibar Cuenca, por haberme dado la oportunidad de formar parte de su laboratorio y darme su confianza para realizar esta tesis bajo su dirección, por guiarme durante estos años con su conocimiento y su enseñanza para desarrollarme profesionalmente y por brindarme siempre los medios, tener la disponibilidad y la paciencia para poder llevar a cabo este trabajo. Finalmente, a mis compañeras y compañeros por extender su mano en los momentos difíciles, que cuando cayeron, se levantaron, curaron las heridas, cuidaron la risa, salvaron la alegría y siguieron andando. 1 II. Resumen La disfunción eréctil se define como la incapacidad persistente o recurrente para conseguir y mantener una erección del pene que sea suficiente para permitir un encuentro sexual satisfactorio; aproximadamente entre un 5% y 20% de los hombres tienen disfunción eréctil de moderada a grave, en edades de entre 40 a los 70 años lo que afecta su salud física y psicosocial. La disfunción eréctil puede clasificar como primaria cuando el hombre la presenta desde una etapa temprana del desarrollo o secundaria cuando se manifiesta posterior a un periodo de actividad sexual y función eréctil normal, pudiendo ser de origen psicógeno, aterogénico, neurogénico, endocrinológico o cavernoso; o incluso, puede involucrar una combinación de estos factores. El primer paso para diagnosticar la disfunción eréctil se obtiene a través de una evaluación básica para descubrir el origen del padecimiento, determinar el alcance de los síntomas, su gravedad y los factores situacionales que contribuyen a la manifestación de los mismos; así como un historial de la vida sexual, una examinación física y exámenes de laboratorio como el perfil de lípidos, la hemoglobina glucosilada y la testosterona total. Debido a que es un padecimiento multifactorial suele estar relacionado con otras enfermedades tales como obesidad, hipertensión arterial sistémica, enfermedades cardiovasculares, dislipidemia, diabetes mellitus tipo II, hipertrofia prostática benigna, hipogonadismo o como un efecto secundario a el tabaquismo y al alcoholismo; adicionalmente factores psicológicos como son la depresión, la ansiedad, los conflictos con la pareja y problemas psicosexuales. El tratamiento para la disfunción eréctil se determina mediante su etiología; debido a su asociación con factores de riesgo modificables o reversibles como el sedentarismo o el consumo de sustancias tales como drogas y alcohol, mediante cambios en el estilo de vida como el ejercicio estos síntomas se pueden contrarrestar; por otro lado, los tratamientos actuales ofrecen una alternativa para mitigar los síntomas, sin embargo, la disfunción eréctil no se puede curar; a 2 excepción de la disfunción eréctil psicógena, la aterogénico postraumática en pacientes jóvenes y la de causas hormonales. La estrategia de tratamiento estructurada depende de la eficacia, seguridad, invasividad y costo, así como de las preferencias del paciente tales como su satisfacción y la de su pareja. La opción de farmacoterapia oral de primera línea es la implementación de los inhibidores de la fosfodiesterasa, la terapia de segunda línea incluye la administración mediante inyección intrauretral o la intracavernosa de agentes vasoactivos como son la prostaglandina E-1, la fentolamina y la papaverina; las de tercerea línea suelen ser más invasivas y como última alternativa tales como el microsupositorio uretral, terapia con dispositivo de vacío e implantes de pene. Gracias a la implementación de modelos biológicos al día de hoy se cuentan con alternativas terapéuticas, quirúrgicas y farmacológicas para el tratamiento de las disfunciones sexuales, que han sido posibles mediante el entendimiento de los mecanismos neuroanatómicos y neuroquímicos que suscitan a las erecciones, la eyaculación y a otras conductas sexuales, que por su validez aparente, predictiva y de constructo hacia los procesos fisiológicos que participan en estos eventos ha permitido extrapolarlo al hombre. Las sublíneas de ratas de alto y de bajo bostezo del Laboratorio de Neurofisiología de la Conducta y Control Motor del Instituto de Fisiología representan un biomodelo con características y conductas que permiten el estudio de los aspectos fisiológicos que se suscitan durante la respuesta sexual, ofreciendo oportunidades valiosas al conocimiento general de la conducta sexual. 3 III. Resumen en inglés Erectile dysfunction is defined as the persistent or recurrent inability to achieve and maintain an erection of the penis that is sufficient to allow a satisfactory sexual encounter; approximately 5% to 20% of men have moderate to severe erectile dysfunction, ages 40 to 70, which affects their physicaland psychosocial health. Erectile dysfunction can be classified as primary when the man presents it from an early stage of development or secondary when it manifests after a period of sexual activity and normal erectile function, and it can be of psychogenic, arteriogenico, neurogenic, endocrinological or cavernous origin; or it may even involve a combination of these factors. The first step to diagnose erectile dysfunction is obtained through a basic evaluation to discover the origin of the condition, determine the scope of the symptoms, their severity and the situational factors that contribute to their manifestation; as well as a history of sexual life, a physical examination, and laboratory tests such as lipid profile, glycated hemoglobin, and total testosterone. Because it is a multifactorial condition, it is usually related to other diseases such as obesity, systemic arterial hypertension, cardiovascular diseases, dyslipidemia, type II diabetes mellitus, benign prostatic hypertrophy, hypogonadism or as a secondary effect to smoking and alcoholism; additionally psychological factors such as depression, anxiety, conflicts with the partner and psychosexual problems. Treatment for erectile dysfunction is determined by its etiology; due to its association with modifiable or reversible risk factors such as sedentary lifestyle or the consumption of substances such as drugs and alcohol, through changes in lifestyle such as exercise, these symptoms can be counteracted; on the other hand, current treatments offer an alternative to alleviate symptoms, however, erectile dysfunction cannot be cured; With the exception of psychogenic erectile dysfunction, post- traumatic arteriogenic dysfunction in young patients, and hormonal causes. 4 The structured treatment strategy depends on efficacy, safety, invasiveness, and cost, as well as patient preferences such as her and her partner's satisfaction. The first-line oral pharmacotherapy option is the implementation of phosphodiesterase 5 inhibitors, second-line therapy includes administration by intraurethral or intracavernosal injection of vasoactive agents such as prostaglandin E- 1, phentolamine and papaverine; those of the third line are usually more invasive and as a last alternative such as the urethral micro-suppository, therapy with a vacuum device and penile implants. Thanks to the implementation of biological models, today there are therapeutic, surgical and pharmacological alternatives for the treatment of sexual dysfunctions, which have been possible through the understanding of the neuroanatomical and neurochemical mechanisms that cause erections, ejaculation and other sexual behaviors, which due to their apparent, predictive and construct validity towards the physiological processes that participate in these events have allowed extrapolation to man. The sublines of rats with high and low yawn from the Laboratory of Neurophysiology of Behavior and Motor Control of the Institute of Physiology represent a biomodel with characteristics and behaviors that allow the study of the physiological aspects that arise during the sexual response, offering valuable opportunities to general knowledge of sexual behavior. 5 IV. Introducción La reproducción es un proceso biológico que permite la formación de nuevos individuos, por lo que se vuelve indispensable para la supervivencia de las especies y es la base del proceso evolutivo (Dixson & Anderson, 2004). La reproducción se presenta entre dos individuos sexualmente diferenciados de la misma especie, esto es los géneros -masculino y femenino-, ambos dotados de características específicas necesarias para llevar a cabo el proceso de la reproducción. Los organismos que se originan mediante este tipo de reproducción son producto de la combinación de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) de sus progenitores, siendo genéticamente distintos a estos, por lo que este tipo de reproducción incrementa la variación genética, aumentando la probabilidad de que los individuos presenten características que le confieran una ventaja en su ambiente y por consiguiente una mayor supervivencia a su especie o los adaptan a los cambios mediante el proceso de selección natural. La conducta sexual masculina La conducta sexual consiste en la expresión de la fisiología reproductiva del individuo, que consta de un sistema cuya estructura fundamental se desarrolló en la etapa perinatal en los mamíferos, durante un periodo de meses o años, mediante una serie de complejos eventos neuroendocrinos (Hull et al., 2002). La conducta sexual masculina se puede dividir en dos componentes principales: las respuestas apetitivas y las consumatorias (Beach, 1976). El primero lo caracterizan los comportamientos que atraen los machos hacia las hembras, mientras que los segundos participan en los comportamientos que conducen al despliegue de la conducta sexual masculina que consiste en monta, intromisiones hasta alcanzar la eyaculación. Las respuestas apetitivas y consumatorias implicadas en la conducta sexual masculina están influenciadas por un complejo patrón de respuestas, mantenidas y dirigidas tanto por señales internas como externas, incluyendo 6 diferencias individuales o genéticas entre los machos o derivados de su experiencia sexual (Hull et al., 2004). Durante la etapa reproductiva de las ratas de laboratorio (Rattus norvegicus), es determinante que la hembra este receptiva sexualmente, si es así esta responderá con una serie de conductas características que anuncian al macho su condición reproductiva como es la proceptividad; tales como movimientos rápidos de las orejas, carreras cortas de escape con un patrón motor característico que incluye detenerse súbitamente (del inglés “darting”), o bien realizar pequeños saltos o brincoteos (del inglés “hopping”) para promover la persecución y la investigación ano-genital por parte del macho (Agmo, 1996). En el mecanismo relacionado con la motivación sexual que promueve la excitación, la atención focalizada y los comportamientos dirigidos hacia los incentivos sexuales condicionados e incondicionados, participan además en los sistemas neuroquímicos que promueven la interacción y la excitación sexual (McEwen & Milner, 2017; Rampin & Giuliano, 2001). En la motivación sexual participan tanto factores internos como externos, y producen cambios fisiológicos que son desencadenados por estímulos sensoriales asociados a la presencia de una pareja, así como de la integración sensorial en los centros de procesamiento superiores como son el hipotálamo en el área preóptica media, la cual promueve un estado de excitación sexual (Pfaus, 2009). En el caso de las ratas macho, los patrones precopulatorios o motivacionales le permiten al macho iniciar un encuentro sexual mediante la investigación olfatoria de feromonas de la orina y de la región perianal de la hembra, detección de señales somatosensoriales; visuales, mediante la investigación de la cara y de la conducta estereotipada; y auditivas, mediante la emisión de vocalizaciones ultrasónicas, con el fin de determinar la receptividad de la hembra para que suceda apareamiento (Hull y Rodríguez-Manzo, 2009). La persecución de la hembra y la no persecución son algunas de conductas que se consideran como indicadores de la motivación sexual (Phillips-Farfán & Fernández-Guasti, 2009; Beach, 1979). https://es.wikipedia.org/wiki/Rata_dom%C3%A9stica 7 Existe una amplia diversidad de patrones copulatorios y de la morfología genital entre las distintas especies de mamíferos; muchas especies poseen morfologías del pene complejas que contienen un hueso peneano alargado como en los cánidos, el caso de algunos primates, insectívoros, carnívoros y murciélagos poseen todos unos huesos del pene especializado denominado báculo, en otras especies lamorfología del pene es más simple y el báculo es deficiente o se encuentra ausente, como es el caso del hombre. Estas diferencias se asocian a la variación de la frecuencia copulatoria y a los patrones de intromisión en las distintas especies que mantienen múltiples apareamientos y en aquellas que mantienen una alta competencia espermática (Dixon et al., 2004). Definición de la erección del pene La erección del pene es una parte fundamental dentro del despliegue de la conducta sexual masculina, ya que tener un pene erecto es necesario para poder depositar el esperma dentro del tracto reproductivo de la hembra (Hull et al., 2002). La erección del pene es un proceso fisiológico neurovascular complejo que ocurre a través de una serie de interacciones neurológicas, vasculares y humorales; está mediada por un reflejo espinal que, dependiendo del contexto, puede ser inducida por un estímulo del sistema nervioso central o bien a través de la activación del sistema nervioso periférico (Anderson, 2011). Modelos animales para el estudio de la erección del pene. Desde la antigüedad ha sido necesaria la implementación de modelos biológicos para el progreso de la investigación de las ciencias biológicas, y para la biomedicina, con el objetivo de garantizar la salud humana y mejorar la calidad de vida. La experimentación en animales, sin duda, ha sido necesaria para proporcionar información veraz y contrastada de los eventos o fenómenos fisiológicos de los seres vivos. En el último siglo los modelos biológicos han contribuido 8 considerablemente al entendimiento de los mecanismos neuroanatómicos y neuroquímicos que suscitan a las erecciones, la eyaculación y a otras conductas sexuales presentes en el humano; así como al desarrollo de nuevas intervenciones quirúrgicas, farmacológicas y terapéuticas para el tratamiento de las disfunciones sexuales. Tabla 1. Contextos que producen erección del pene. Contextos naturales Contextos de investigación ("modelos") Copulación Copulación Tacto perigenital (basado en el tacto; reflexivo) Tacto perigenital (basado en el tacto; reflexivo) Otros sentidos, memoria e imaginación (erección psicogénica; erección sin contacto) Erecciones sin contacto (erecciones psicógenas) Autoestimulación (masturbación) Autoestimulación (masturbación) Erección relacionada con el sueño (tumescencia peneana nocturna) Erección relacionada con el sueño (tumescencia peneana nocturna) Social, no sexual (visualización agonista, con o sin micción) Ninguno Eyaculación y orgasmo Reflejo uretrogenital Erección inducida por fármacos Estimulación eléctrica o neuroquímica del sistema nervioso central o de los nervios periféricos. En la columna de la izquierda se encuentran los contextos naturales en los que los humanos y otros mamíferos muestran la erección. En la columna de la derecha hay "modelos" de investigación en animales emparejados con los contextos naturales a los que pueden considerarse análogos. Los ejemplos y términos alternativos aparecen entre paréntesis (Modificado de: Sachs, 2007). 9 Debido a esto, es de suma importancia contar con modelos biológicos que cumplan con los paradigmas de comportamiento análogos u homólogos a la excitación, el deseo, el rendimiento, la recompensa y la inhibición sexual humana para contar con su validez aparente, predictiva y de constructo hacia los procesos fisiológicos que participan en dichos eventos (Pfaus, 2009; véase Tabla 1). La conducta sexual, por convención, se divide en dos componentes principales: las respuestas apetitivas y las consumatorias. La fase apetitiva se define por aquellas conductas flexibles que llevan a un animal a ponerse en contacto con sus objetivos o incentivos; por otra parte, la fase consumatoria consiste en aquellos comportamientos que se llevan a cabo una vez que el animal está en contacto directo con el incentivo, estos comportamientos suelen ser específicos de cada especie, sexualmente diferenciados y estereotipados (Dixson, & Anderson, 2004). Si bien los comportamientos reproductivos, su regulación neuronal y hormonal difieren ampliamente entre las distintas especies, todos los organismos que participan en el comportamiento sexual comparten múltiples características que involucran el inicio y el final de una serie de patrones que definen el comportamiento sexual; mediante la activación de una secuencia de eventos que involucra distintas estructuras cerebrales, mecanismos neuronales y hormonales que dan lugar a la excitación, el deseo y al desempeño sexual (Pfaus, 2009; Anderson,2011). En comparación, el comportamiento sexual entre los mamíferos comparte grandes similitudes que claramente se aproximan a las del humano, existen patrones de comportamiento compartidos que tienen un origen y una función distinta; además hay otros comportamientos que reflejan la herencia evolutiva del humano y que guardan una estrecha relación genética con todos los mamíferos. (Dixon et al., 2004). En principio los organismos son capaces de responder a los estímulos sexualmente relevantes con el fin de encontrar parejas sexuales potenciales, activando una serie de respuestas hormonales y neuroquímicas para la investigación, el acercamiento y para la ejecución de la cópula; involucrando un estado de motivación sexual que está determinado por una compleja interacción 10 entre el instinto, la experiencia previa y la retroalimentación de la organización neuronal que permite esta interacción (Hull, 2007; Giuliano et al., 2010). Si bien, la experimentación en distintas especies demuestra los orígenes genéticos compartidos para ciertas estructuras sexuales (Dixson & Anderson, 2004) la utilización de mamíferos como son los perros y los monos ha sido fundamental en la comprensión de los eventos hemodinámicos que participan en las erecciones del pene (Lue et al., 1983; Lue et al., 1984). Los factores hormonales y los circuitos neuronales que controlan la cópula son similares entre las especies de roedores: hámsteres o cobayos, aunque existen diferencias entre los patrones de comportamiento específicos (Hull & Domínguez, 2007); a su vez el desarrollo de ratones transgénicos que tienen propiedades similares, compartiendo respuestas a la estimulación eléctrica del nervio cavernoso y una morfología celular y extracelular similar del cuerpo cavernoso, ampliando más la comprensión fisiológica y farmacológica de la erección del pene (Jin et al, 2010; Behr‐Roussel et al., 2006). Sin embargo, la mayor parte de nuestra comprensión actual de los modelos teóricos de la neurobiología, neuroanatomía y psicofarmacología del comportamiento sexual y del funcionamiento sexual y las erecciones, se han basado en estudios preclínicos en ratas de laboratorio (Oliver et al., 2006). A pesar de las diferencias existentes entre los elementos participes en la conducta sexual, existe un grado considerable de similitud entre las ratas macho y los hombres en cuanto a la regulación neuroanatómica, neuroendocrina y neuroquímica de la erección del pene (véase la Figura 1; Anderson, 2011). Las erecciones del pene en los hombres pueden ser "fisiológicas" o "psicógenas" en respuesta a una excitación parasimpática. Se pueden estudiar utilizando bandas extensométricas de mercurio rodeada de una goma que se aplica alrededor del cuerpo del pene durante la noche, para obtener una medida de la capacidad eréctil fisiológica o en respuesta a diferentes tipos de estímulos eróticos o somatosensoriales y de esta forma medir la excitación psicógena (Andersson, 2011; Courtois et al., 1993). 11 La latencia hasta la erección, la denominada fase de tumescencia, el porcentaje de erección completa y la duración de la erección se pueden estudiar después de la administración de medicamentos que mejoran o retrasan la excitación de la vía parasimpática(Argiolas et al., 1989). Estos estudios son importantes desde el punto de vista diagnóstico para distinguir la disfunción eréctil psicológica, de la fisiológica o para determinar la capacidad eréctil libre en hombres con lesión de la médula espinal (Rampin et al., 2001). Es aconsejable utilizar componentes del deseo sexual, específicamente la excitación conductual en respuesta a cambios en el flujo sanguíneo genital, para hacer inferencias sobre la excitación subjetiva en los animales (Giuliano et al., 2010). 12 Figura 1. Secuencias de incentivos para el comportamiento sexual de humanos y ratas. La corriente conductual se mueve de izquierda a derecha, a través de las fases de la conducta apetitiva, precopulatoria y consumatoria. Esto se ajusta al movimiento de los animales de distal a proximal e interactivo con respecto al incentivo sexual. La excitación sexual puede manifestarse en comportamientos aprendidos o no aprendidos, mientras que los comportamientos preparatorios son respuestas aprendidas que los animales deben de realizar para adquirir el incentivo. Reconocer que las respuestas ocupan que partes del flujo conductual permite a los investigadores comparar comportamientos que parecen diferentes entre las diferentes especies, pero que logran un punto final motivacional similar. Tales comportamientos en una especie, por ejemplo, la rata, pueden servir como modelos de comportamientos análogos en humanos. La validez predictiva de tales modelos aumenta cuando los fármacos u otros tratamientos modifican el comportamiento de ambas especies de la misma manera, lo que sugiere que se ha conservado un sistema neuronal común para esos comportamientos. Modificado de: Giuliano et al., 2010. 13 Las ratas de alto y de bajo bostezo como un modelo para el estudio de la fisiología de las erecciones del pene. El bostezo es una conducta espontánea estereotipada, que se caracteriza principalmente por una amplia apertura de la boca, acompañada de la dilatación de la laringe y de la faringe para realizar una inhalación profunda y prolongada de aire seguido de una expiración corta del mismo (Walusinski, 2013). La conducta del bostezo se encuentra presente en distintas especies como peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos; se ha atribuido a distintos factores tales como el cansancio, el aburrimiento, la transición entre sueño y vigilia, el estrés, participando en roles sociales en algunas especies. Se ha correlacionado la frecuencia del bostezo con la conducta sexual; específicamente con la propensión de las ratas macho de alto bostezo para generar una erección del pene (Eguibar et al., 2003; Eguibar y Moyaho, 1997). En el Laboratorio de Neurofisiología de la Conducta y Control Motor del Instituto de Fisiología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, se obtuvo mediante cruzamiento endogámico de la cepa de ratas Sprague-Dawley una con una alta frecuencia de bostezo denominada HY (del inglés “high-yawning”), a partir de un individuo macho que bostezó 22 veces durante una hora en un cristalizador de vidrio (Urbá-Holmgren et al., 1990). Las ratas HY tienen una alta frecuencia de bostezo espontáneo, con un promedio de 20 bostezos/hora por más de 95 generaciones (Collins & Eguibar, 2010). A su vez, mediante un segundo pie de cría, se obtuvo de las ratas Sprague-Dawley otra sublínea endogámica con una baja frecuencia de bostezo espontáneo, denominada LY (de sus siglas en inglés “low-yawning”), que en promedio bosteza 2 veces por hora (Eguibar et al., 2002; Collins & Eguibar, 2010; véase Tabla 2). Sin embargo, los valores presentados en la Tabla 2 presentan un bostezo promedio menor en la cepa HY de 11.65 en vez del promedio de 20, debido al efecto del estrés generado por la manipulación de la rata y por la administración de solución fisiológica mediante una inyección en la región dorsal del cuello. 14 Tabla 2. Comparación de la frecuencia de bostezo y de las erecciones del pene Sublínea LY Sublínea HY Condición Bostezos Erecciones del pene Bostezos Erecciones del pene Espontáneas 3.50 0.02 11.67 0.33 g(-)-quinpirole 49.33 0.83 129.50 2.50 Durante el apareamiento nc 12.01 nc 21.01 Los datos son el numero promedio de las erecciones y de bostezos espontáneos e inducidos por la administración sistémica de 50 mg/Kg de (-)-quinquirole por vía subcutánea en las sublíneas LY y HY en diferentes condiciones. nc = no cuantificado. LY = sublínea de bajo bostezo; HY = sublínea de alto bostezo. Modificado de: Pérez et al., 2005. La sublínea de ratas HY ha sido sustancial para determinar la correlación entre el bostezo y la erección del pene, tanto espontáneas como las inducidas farmacológicamente, mediante el estudio de los mecanismos y circuitos que participan en la regulación y el control que comparten ambas conductas. En distintos experimentos se ha logrado resaltar aún más la correlación entre el bostezo con las erecciones espontáneas del pene, principalmente mediante la administración sistémica de agonistas dopaminérgicos de la familia D2 como son la apomorfina, la bromociprina o el (-)-quinpirole (Holmgren et al., 1985; Eguibar et al., 2003; Collins & Eguibar, 2010). Mediante la inyección intracerebroventricular de apomorfina (80 μg/Kg), Argiolas comprobó que la regulación de la conducta sexual involucra la existencia de un enlace neuronal entre la dopamina y la oxitocina en el sistema nervioso, debido a la capacidad que tienen los agonistas de dopamina como de la oxitocina para inducir erecciones del pene (Argiolas et al.,1989). Por su parte Eguibar y colaboradores (2003) mostraron que la inyección subcutánea de (-)- 15 quinpirole, un agonista que muestra una mayor especificidad para los receptores D2, produce un incremento notable en la frecuencia de bostezo y las erecciones del pene en las ratas HY en comparación con las LY, reforzando la hipótesis de que la sublínea de ratas HY presentan una mayor sensibilidad a los efectos mediados a través de los receptores de dopamina de la familia D2 (Eguibar et al., 2003). Figura 2. La oxitocina induce una mayor respuesta en la rata de alto bostezo respecto a la de bajo bostezo. Un aumento dependiente de la dosis en las frecuencias de bostezos y erecciones del pene en ambas sublíneas, pero con una mayor respuesta en ratas HY. A) La frecuencia de bostezos difirió entre las sublíneas y fue significativamente mayor en las ratas HY (#P < b 0.05). En las ratas HY, la oxitocina infundida en el ventrículo lateral en dosis de 60 hasta 5000 ng aumentó significativamente el bostezo en comparación con las ratas tratadas con solución salina (* P < b 0,05). En las ratas LY, solo las dosis de 500 y 1000 ng de oxitocina difirieron significativamente de las de los sujetos tratados con solución salina (& P <0,05). B) La frecuencia de erección del pene fue significativamente más alta en la sublínea HY, en comparación con la LY, a dosis de 250 a 5000 ng de oxitocina (# P < b 0.05). De hecho, las dosis de oxitocina de 250 a 5000 ng fueron significativamente más altas en comparación con las ratas tratadas con solución salina (* P < b 0.05). En la sublínea LY, solo las dosis de 250 y 500 ng de oxitocina difirieron significativamente de las ratas tratadas con solución salina (& P <0,05). Círculos negros rata LY, círculos grises rata HY. Modificado de: Eguibar et al., 2015. F re c u e n c ia d e b o s te z o E re c c io n e s d e l p e n e Dosis de oxitocina (log/log) Dosis de oxitocina (log/log) HY LY HY LY 16 La administración intracerebroventirucular (i.c.v.) de oxitocina, produce la inducción del bostezo y la erección del pene, los cuales dependen de la activación de neuronas oxitocinérgicas en el núcleo paraventricular del hipotálamo. Las frecuencias de bostezo y de las ereccionesdel pene resulta significativamente mayor en las ratas HY en comparación con las LY, demostrando que la sublínea HY presenta una mayor sensibilidad dosis-dependiente para la oxitocina (Eguibar et al., 2015; véase la Figura 2). Otros estudios con este modelo, nos han permitido dilucidar que los circuitos neuronales básicos que participan en la producción del bostezo y las erecciones del pene, mediante los efectos de una serie de neuropéptidos administrados intracerebroventricular de aminoácidos excitatorios, los cuales producen un incremento en la frecuencia de bostezo (Sanna et al., 2012; Argiolas et al., 1989; véase Tabla 3). La administración de morfina inyectada sistémicamente o en el núcleo paraventricular del hipotálamo (PVN) muestran la participación de los receptores opiáceos en el control del bostezo y de las erecciones del pene; sin embargo, esto no ha sido analizado en la sublínea (Melis et al., 1996). En conclusión, las sublíneas de ratas HY y LY presentan una serie de características conductuales y neuroendocrinas que son de gran interés para el estudio de la conducta sexual masculina, tanto para evaluar los aspectos motivacionales que propician la erección del pene; como de los consumatorios; así como para estudiar a profundidad el trasfondo genético y ambiental que puede influir en el desempeño de este fenómeno, lo que podría contribuir a un mejor entendimiento de los sistemas involucrados en las erecciones del pene y en la neurobiología de estas conductas. 17 Tabla 3. Neurotransmisores involucrados en la regulación de bostezo. Neurotransmisor Efecto sobre el bostezo Receptor(es) Región cerebral ACTH/α-MSH Estimulante MC₄ Hipotálamo Acetilcolina Estimulante M₁ Hipocampo Oxitocina Estimulante OXTR PVN, HI Óxido nítrico Estimulante n.a. PVN, otros Dopamina Estimulante Inhibitorio D₃ D₂ PVN AA excitatorios Estimulante NMDA PVN Serotonina Estimulante Inhibitorio 5-HT₂c 5-HT₂/5-HT₁A n.d. n.d. Opioides Inhibitorio µ-opioide PVN, otros GABA Inhibitorio GABAA/GABAB PVN, HI Adrenérgico Potencialmente Inhibitorio α2-adrenérgco β-adrenérgico n.d. n.d. D3= Receptor de dopamina tipo 3; D2= Receptor de dopamina tipo 2; MC4= Receptor de melanocortina tipo 4; M1= Receptor muscarínico tipo 1; 5-HT= Receptores de 5- hidroxitriptamina; HI= Hipocampo; PVN= Núcleo paraventricular del hipotálamo; AA= aminoácidos excitadores; ACTH= hormona adrenocorticotrópica; α-MSH= hormona estimulante de melanocitos-; OXTR= gen del receptor de oxitocina; n.d.= no descrito; n.a.= no aplica. Modificado de: Collins & Eguibar, 2010. 18 V. Justificación La disfunción eréctil se define como la incapacidad para lograr y mantener una erección suficiente que permita una relación sexual satisfactoria, pudiendo deberse a distintos factores como el deterioro psicológico, neurológico, hormonal, arterial o cavernoso o de una combinación de estos factores (Lue et al., 2000). Es un padecimiento común que afecta la calidad de vida del hombre y sus relaciones; en promedio afecta a más de 150 millones de hombres en todo el mundo (Burnett et al., 2018). El entendimiento de la fisiología de la erección del pene mediante trabajos e investigaciones realizadas en modelos animales representa una fuente de conocimiento objetiva y comprobable, que contribuye al entendimiento de la neurobiología de la respuesta sexual masculina, las erecciones y la eyaculación; así como otras conductas sexuales en el humano, por lo tanto, esta información es fundamental para el desarrollo de tratamientos médicos que logren atender las afecciones tanto fisiológicas como psicológicas que participan en el desarrollo de la disfunción eréctil. Por lo anterior, es claro que obtener esta información no sería posible sin el uso y aprovechamiento de organismos (modelos biológicos) que presenten características fisiológicas similares a las del ser humano, por lo que las sublíneas de ratas de alto y de bajo bostezo del Laboratorio de Neurofisiología de la Conducta y Control Motor del Instituto de Fisiología ofrecen oportunidades valiosas al conocimiento general de los mecanismos neurobiológicos de regulación y control de la conducta sexual. 19 VI. Antecedentes históricos. Las disfunciones eréctiles han sido un tema de estudio a lo largo de la historia de la humanidad. Una de las primeras descripciones de esta enfermedad data del año 1900 a.C, hallada en un papiro egipcio, denominado de Kaun, que es el documento médico más antiguo del mundo. En este se describen dos tipos de disfunción: la impotencia natural, donde el hombre no logra culminar el acto sexual; y la impotencia sobrenatural, adjudicado a la influencia de demonios o a brujería (Luigi et al. 2005). El estudio de las erecciones del pene se desarrolló a la par del desarrollo de la fisiología en la medicina. Fue el médico Hipócrates, conocido como el padre de la medicina (400 a.C.); quien afirmaba que las erecciones del pene eran generadas por el relleno del pene con “pneuma” y de espíritus vitales que fluían hacia este órgano; a su vez, creía que los testículos estaban conectados con el pene mediante finos cordones erectivos análogos a un sistema de poleas que facilitaba la erección del pene y que el daño de estos afectaría la capacidad eréctil, es así que se afirmaba que la castración o el exceso de montar a caballo; producía disfunción eréctil (citado en Chadwick & Mann, 1987). La erección del pene era, para el filósofo Aristóteles, conocido como el padre de la anatomía comparada por las múltiples disecciones que realizó en distintas especies animales, un movimiento involuntario y para que esta se pudiera llevar a cabo eran necesario contar con tres mecanismos. El primero, era causada por la imaginación y retomando los conceptos de Hipócrates (460-370 a.C.) recalcando la necesidad del flujo de “pneuma” o aire para su insuflación a través de los nervios del pene que llevaban espíritus y energía para la erección en segundo lugar; el tercer mecanismo era la necesidad de un contrapeso situado detrás de los testículos a modo de punto de apoyo para levantar el pene (citado por Asvestis, 2005). Estas teorías se mantuvieron hasta el renacimiento y fueron descartadas por el gran pensador italiano Leonardo Da Vinci en el año de 1505 de nuestra era. En su calidad de anatomista, Da Vinci, realizó varios experimentos que ayudaron al avance del conocimiento en esta área; a pesar de las dificultades tecnológicas, 20 ideológicas y de pensamiento religioso que imperaban en la época, ya que el estudio o la profanación de un cadáver estaba prohibido por parte de la iglesia católica. Leonardo Da Vinci, ayudado por su fama, se hacía de cadáveres de criminales, lo que le permitía hacer disecciones, siendo una de las primeras personas en estudiar el pene a profundidad (Sbashhnikov & Piumati, 1901; citado por Moreno, 2008). Dentro de una de estas disecciones a un hombre ahorcado, se percató que lo que en realidad provocaba la erección del pene no era la insuflación de aire, como postulaba el filósofo griego Aristóteles, basado en los conceptos hipocráticos, sino más bien que se debía a la acumulación de sangre y citó: “He visto hombres muertos que tienen el miembro erguido, porque muchos mueren así, especialmente los ahorcados. De estos [penes] He visto la anatomía, todos ellos con gran densidad y dureza, y estando bastante lleno por una gran cantidad de sangre.” (citado por Zavala et al. 2011). Si bien la erección del pene se explicaba “a priori” por la acumulación de sangre, para Leonardo Da Vinci no bastaba con esto, ya que el hecho que existiera una erección del pene en un cadáver lo hacía plantearse la complejidad de este fenómeno y de cómo podían participar otros factores que le dotaban de cierta autonomía a este órgano;como describe en su obra “Delha verga” y citó: “El pene no obedece la orden de su Maestro, quien trata de ponerlo rígido o no, a voluntad. Por el contrario, el pene se erecta por sí mismo mientras el maestro duerme. Se debe decir que el pene tiene su propia mente y funciona a través del ‘estiramiento’ de la imaginación.” (citado por Zavala et al. 2011). Para el año de 1585, el médico-barbero Ambroise Paré, considerado como el padre de la cirugía moderna, describió en sus “Diez libros sobre cirugía” y el Libro de la 21 reproducción, hace una descripción precisa de la anatomía del pene y el concepto de la erección del pene, 100 años después que lo hiciese Leonardo Da Vinci, a través de sus observaciones y dibujos (citado por Paré, 1964). Describió el pene como compuesto de capas concéntricas de nervios, venas y arterias y de dos ligamentos (cuerpos cavernosos), un tracto urinario y cuatro músculos y citó: “Cuando el hombre se inflama de lujuria y deseo, la sangre corre hacia el miembro masculino y hace que se ponga erecto”. (citado por Paré, 1964). La primera explicación que se planteó sobre el proceso vascular de la erección del pene se remonta hasta el año 1573 y fue hecha por el médico y anatomista italiano Constanzo Varolius. El cual mencionó que la erección del pene es elaborada como el resultado de un mecanismo de restricción venosa, mediante la contracción activa de los músculos pélvicos isquiocarvernoso y bulbocavernoso, lo que provoca la erección limitando y comprometiendo el drenaje venoso del pene (Gerstenberg et al., 1990; véase Figura 3). Para el año 1952 en que el italiano Giuseppe Conti, en su publicación “The erection of the human penis and its morphological and vascular basis” propuso que la erección del pene se produce debido a la interacción de más de un mecanismo vascular, confirmando que se trataba de un mecanismo simultáneo de aumento del flujo arterial y restricción del drenaje de sangre venosa a nivel del pene y afirmó que, en la erección, efectivamente, existen mecanismos arteriales y venosos (Conti, 1952). Específicamente, planteó la hipótesis de que la interacción del flujo arterial con la derivación de la sangre hacia los espacios de los cuerpos cavernosos y la obstrucción del flujo venoso provocaba la congestión del pene (citado en Glina et al., 2008). 22 El concepto propuesto por el Dr. Conti del mecanismo eréctil humano, consistía en que era provocado por la derivación de sangre arterial hacia los espacios cavernosos instigados por la relajación activa de las trabéculas al mismo tiempo que se da la contracción activa de las trabéculas dentro de las arterias, lo que conduce Pene Músculo isquiocavernoso Músculo bulboesponjoso (bulvocavernoso) Músculos transversales perineales Ano Esfínter anal externo Elevador del ano Cóccix Gluteus maximus Figura 3. Músculos del perineo. Los músculos del perineo juegan un papel importante en la micción y la eyaculación en los hombres. Modificado de: DeSaix et al., 2013. Glande Cuerpo del pene 23 hacia las partes somáticas y a las venas que drenan el pene (Newman & Northup, 1981). Estas estructuras denominadas “polsters” aparecen en la literatura por primera vez en 1869 las cuales fueron denominadas almohadillas de von Ebner; las cuales son descritas como una división en la laminilla elástica interna de vasos y arterias, con el espacio intermedio compuesto de músculos longitudinales y fibras de tejido conectivo (Conti, 1952). Para Conti, estas estructuras eran fundamentales para su teoría de la erección del pene, por su participación en la relajación o contracción de los vasos sanguíneos. Sin embargo, otros investigadores no pudieron encontrar dichas estructuras en el pene de pacientes jóvenes; por lo que su presencia se correlacionó con la edad, y con los antecedentes de arterosclerosis, poniendo en duda su función fisiológica atribuyéndolos a una incompetencia vascular que se desarrolla con la edad (Newman & Northup, 1981). Muchas hipótesis se fueron agregando con el paso del tiempo que ayudaron a la comprensión de la fisiología de la erección del pene. El gran avance del siglo XX ocurrió gracias al desarrollo de modelos animales experimentales en los que la erección del pene podría iniciarse y sostenerse mediante la estimulación de los nervios cavernosos (van Driel, 2015). La experimentación en animales ha sido necesaria para proporcionar información veraz y comparativa de los eventos o fenómenos fisiológicos que ocurren durante la erección del pene, es a través del desarrollo de modelos biológicos que existe la probabilidad de comprobar la seguridad y eficacia de las intervenciones quirúrgicas, las farmacológicas y/o las terapéuticas (Giulano et al., 2010). Si bien los animales no son idénticos al ser humano sí comparten múltiples características que, mediante la experimentación, nos pueden servir para reformular los conocimientos histológicos y patológicos en humanos y trasladarlo a un modelo biológico mediante diversas hipótesis, dando como resultado nuevas formas de abordar las distintas problemáticas. En el aspecto psicológico, Sigmund Freud (1905) teorizó en dos de sus escritos “Tres ensayos” y “La forma más prevalente de degradación en la vida erótica”, el 24 origen psicológico de las erecciones del pene, como de la impotencia masculina (McCullough, 2003). Freud introduce el concepto de que la función eréctil del pene está controlada en último término por la mente, debido a los procesos y vivencias psicológicas que referían sus pacientes al practicarles el psicoanálisis; aunque actualmente, es bien aceptado que el comportamiento sexual y la erección del pene están controlados por una red neuronal donde participan por el hipotálamo, el sistema límbico y la corteza cerebral (Hartmann, 2009). El famoso médico Freud quien reconocía la importancia de la sexualidad presente desde la infancia, sus transformaciones durante la pubertad, y las aberraciones sexuales que conducen a la formación de síntomas neuróticos que desencadenan la manifestación de los síntomas clínicos como puede ser la disfunción eréctil. Dentro de su razonamiento, concluyó que existía una influencia inhibitoria subconsciente, resultado de un conflicto neurótico no resuelto o déficits egoestructurales, lo que provocaba el deterioro del desarrollo de la líbido (citado por Hartmann, 2000). Hoy se sabe que las disfunciones sexuales no necesariamente tienen un origen neurótico, hay múltiples causas como son las crisis de ansiedad y la frustración que se desencadenan en el intento de tener un buen desempeño para cumplir un nivel socialmente aceptable, dar credibilidad a los mitos sexuales sobre sustancias que potencian la líbido, problemas de personalidad o psicológicos relacionados con las experiencias traumáticas o no placenteras que dificultan a su vez el desempeño sexual (Hatzimouratidis et al., 2010; Rosen, 2001). Por otro lado, los estudios de los sexólogos americanos William Masters y Virginia Johnson (1976) propusieron la hipótesis de que el problema de la disfunción eréctil era de comportamiento y mediante la modificación de la conducta era posible resolverlo (Master & Johnson, 1976); otros investigadores resaltaron la importancia de función hormonal para el correcto desempeño eréctil y su correlación con sus bases psicológicas (O’Connor et al., 2011). Pero son Bancroft y Janssen (2000) quienes plantearon que la respuesta sexual masculina depende de un sistema excitatorio en equilibrio con un sistema inhibitorio, 25 relativamente independientes el uno del otro dentro del sistema nervioso central, lo cual puede determinar la propensión a manifestar una determinada conducta sexual o no; por ende, los mensajes estimulantes o inhibidores son transmitidos a los centros para la ereccióndel pene localizada a nivel espinal con la función de facilitar o inhibir la erección del pene. Sin embargo, gran parte de la comprensión actual de la fisiología eréctil se obtuvo en la década de los ochenta y noventa del siglo pasado, con el desarrollo de metodologías y tecnologías más modernas que permitieron el análisis de manera más precisa como lo es hemodinamia del pene tanto en modelos in vitro e in vivo en distintas especies y en el humano, por ejemplo: el tiempo de aclaramiento de xenón, la cavernosografía, la cavernosometría o de la medición de la presión intracavernosa (Burnett et al., 2018). Una contribución importante a la compresión de las influencias neuronales que participan en la erección del pene fue el descubrimiento del óxido nítrico como un neurotransmisor y su presencia en el tejido vascular del pene a nivel de los cuerpos cavernosos y el rol de las fosfodiesterasas (FDE) para el proceso de la detumescencia (Ignarro et al., 1987). Es en el año de 1979 del siglo pasado cuando se describe que es el óxido nítrico es el causante de la relajación del músculo liso vascular periférico en los cuerpos cavernosos del pene. Mediando sus efectos por una vía que involucra la producción del guanosín-monofosfato cíclico (GMPc). El doctor Ignarro y sus colaboradores (1987), mostraron que, una sustancia humoral inestable proveniente del endotelio en una sola arteria, denominada factor de relajación derivado del endotelio (EDRF, de sus siglas en inglés), el cual ha sido reportado como el agente vasodilatador responsable para que las células del músculo liso de la media arterial se relajaran. Poco después se mostró que el óxido nítrico se comportaba de la misma manera que el EDRF, por lo que se concluyó que eran el mismo compuesto (Ignarro et al., 1987). Por su parte, Rajfer y sus colaboradores (1988) de la Universidad de California en Los Ángeles en los Estados Unidos de América, analizaron la disfunción eréctil 26 mediante pruebas que incluían escaneo dúplex, cavernosometría y cavernosografía de infusión dinámica y angiografía de pene; en un estudio que incluyó a 44 pacientes con un rango de edad de entre 25 y 75 años, con prevalencia de distintas comorbilidades, afecciones vasculares e incluso adicciones. Empleando la inyección de papaverina dentro los cuerpos cavernosos, se concluyó que la mayoría de los sujetos estudiados presentaron fuga venosa, sin embargo, la causa de la disfunción eréctil seguía siendo aún desconocida. En este mismo laboratorio se llevaron a cabo una serie de experimentos, diseñados por el doctor Krall, partiendo del cultivo de células del músculo liso humano, donde se demostró que las células del músculo liso corporal humano respondían mejor al GMPc que al adenosín-monofosfato cíclico (AMPc), los cuales son segundos mensajeros involucrados en la vía que regula la contracción y la relajación del músculo liso a través de modular la concentración de calcio citosólico, de manera similar al tejido vascular liso de las células musculares de las arterias periféricas, concluyendo que es una sustancia del endotelio arterial, denominada en ese entonces como EDRF, la responsable de que las células de músculo liso se relajasen (Krall et al., 1987). Por otra parte, Rajfer (2008), diseñó un experimento, empleando aortas de ratas y un cultivo células de músculo liso; a los cuales se infundía a través del lumen aórtico suero humano y papaverina como un control positivo, dado que inducen relajación de las células de músculo liso tanto en el endotelio intacto como en el endotelio de la aorta denudado y se evaluó el cambio en la concentración de calcio citosólicoLos resultados mostraron un aumento de la liberación de calcio similar en el endotelio intacto respecto al control positivo con papaverina, pero no en el denudado, lo que demostraba que es un factor endotelial el responsable de la relajación de las células del músculo liso (Rajfer, 2008). Posteriormente, Ignarro y Rajfer (1992), llegaron a un acuerdo de colaboración entre sus laboratorios, para comprobar la participación del óxido nítrico como la sustancia química responsable de inducir la respuesta eréctil (Rjfer et al., 1992). Utilizando al conejo como un modelo biológico, mediante la estimulación del campo eléctrico 27 neurogénico de un cultivo celular de células del cuerpo cavernoso del conejo, se provocó la relajación del músculo liso, acompañada por un aumento en los niveles tisulares de nitritos y del GMPc. Para comprobar esta hipótesis se añadieron agentes químicos que inhiben a las células diana donde actúa el óxido nítrico. Todas las respuestas se vieron afectadas con la administración de NG-nitro-L-arginina y NG-amino-L-arginina, que se sabe que inhiben la formación endógena del óxido nítrico. Por otro lado, la administración suplementaria de L-arginina, revirtió los efectos de un inhibidor de la formación de óxido nítrico. Estos resultados concluyeron que es el óxido nítrico es el responsable de causar la relajación del músculo liso (Ignarro et al., 1990). Después de los resultados obtenidos con los experimentos en conejos, estos autores realizaron pruebas en humanos a través de la obtención de tejido del cuerpo cavernoso de 21 pacientes que presentaban disfunción eréctil. Las células fueron estimuladas eléctricamente para provocar su relajación, de igual manera, se les administró NG-nitro-L-arginina y NG-amino-L-arginina, para una inhibición selectiva de la biosíntesis del óxido nítrico, seguido de la administración suplementaria del aminoácido L-arginina (300 μmoL) para revertir dichos efectos inhibitorios (Rjfer et al., 1992; véase Figura 4). Mediante la adición de un inhibidor selectivo para la fosfodiesterasa de guanosina monofosfato cíclico denominado M&B 22,948 o de la S-nitroso-N-acetil penicilamina (SNAP), un compuesto nitroso lábil que libera óxido nítrico, se mejoró la relajación de las células del cuerpo cavernoso. Estos resultados son similares a los obtenidos en los experimentos realizados en los conejos, sugiriendo que la vía de la L- arginina-óxido nítrico puede estar involucrada fisiológicamente en la mediación de la erección del pene en los humanos (Rjfer et al., 1992; Rajfer, 2008). Para demostrar la participación de la vía L-arginina-óxido nítrico-guanosina 3 ', 5'- monofosfato cíclico (GMPc) en la relajación del músculo liso inducida por neuroestimulación en el tejido in vitro también opera in vivo, se diseñó un protocolo experimental en perros, a los cuales se les inducía la tumescencia mediante la estimulación eléctrica directa de los nervios pélvicos; empleando sustancias 28 inhibitorias y promotoras de la biosíntesis del óxido nítrico se pudo determinar que la relajación que se da en el músculo liso cavernoso y la tumescencia del pene están mediadas por la acción del óxido nítrico y del GMPc, el cual induce la inhibición de las fosfodiesterasas mejorando la función eréctil normal inducida por la estimulación de la vía nerviosa (Trigo-Rocha et al., 1993). Figura 4. Síntesis de óxido nítrico a partir de la L-arginina. NOS: óxido nítrico sintasa; FAD: Flavín adenín dinucleótido; NADPH: nicotín adenín dinucleótido fosfato reducido; NADP: nicotín adenín dinucleótido fosfato; O2: oxígeno molecular; H2O: agua. Modificado de: Fontana et. Al, 2006. 29 Si bien, la empresa Pfizer en Sandwich, Reino unido, en la década de los 80’s del siglo pasado ya se encontraba analizando los efectos de distintos vasodilatadores, tales como la prazosina, el doxazosin y la amlodipino, utilizados principalmente como tratamiento para enfermedades cardiovasculares, como lo es la hipertensión arterial sistémica y la angina de pecho (Marsh & Marsh, 2000). Los investigadores de Pfizer empleaban nitratos, buscando modular los niveles intracelulares del GMPc, debido a sus efectosrelajantes sobre el músculo liso, actuando como vasodilatadores para mejorar la perfusión cardiaca y lograr un efecto antiangionoso. Con este fin la compañía formó un equipo con el objetivo de elaborar un compuesto que fuera capaz de inhibir selectivamente a la fosfodiesterasa tipo 5 (PDE5, por sus siglas en inglés), logrando la síntesis de pirazolopirimidinas, que eran potentes inhibidores de la PDE5 (Ghofrani et al., 2006; véase Figura 5). El compuesto nombrado inicialmente como UK-92,480 y posteriormente como sildenafil, mejoraba la respuesta de vasorrelajación inducida neurogénicamente en el tejido de los cuerpos cavernosos, mediante la inhibición de la degradación de GMPc. Dicho producto ya era utilizado para tratar la angina de pecho, sin embargo, en los estudios de la fase 1 del sildenafil, se reportaron efectos secundarios erectogénicos mediante mecanismos de acción aún desconocidos. No es hasta 1992, con las investigaciones del doctor Ignarro y sus colaboradores, que se reportó en la literatura médica la participación del óxido nítrico como un neurotransmisor liberado por los nervios cavernosos que inducían la erección del pene durante la estimulación sexual (Ghofrani et al., 2006; Rjfer, 2008). Con base a estos resultados los investigadores de la empresa alemana Pfizer propusieron que la administración de este compuesto con propiedades análogas a los inhibidores de fosfodiesterasa tipo 5, podía mejorar y prolongar la relajación del músculo liso, siendo selectiva de la vasculatura del pene, actuando como un agente proerectógenico durante la estimulación sexual (Ghofrani et al., 2006; Rjfer, 2008). 30 La sustancia se conoce, actualmente, de manera comercial como Viagra™ y su implementación ha sido un parteaguas en el tratamiento de la disfunción eréctil, llegando a ser recetado por especialistas, desde urólogos hasta psiquiatras. Su descubrimiento ha ayudado a la compresión de la vía de las fosfodiesterasas y el papel que desempeñan en la tumescencia del pene, permitiendo el desarrollo de más y mejores fármacos; aun sin estimulación y durante la estimulación del campo eléctrico submáximo del nervio pélvico empleado en el modelo de disfunción eréctil en el conejo anestesiado, la administración intracavernosa directa o por vía intravenosa de dosis crecientes, causó un aumento dosis dependiente de la presión intracavernosa del pene, indicando que el vardenafilo es aproximadamente tres veces más eficaz que el sildenafilo, sin importar la vía de administración o incluso Figura 5. Estructuras moleculares de los inhibidores de la fosfodiesterasa tipo 5 actualmente disponibles. Las estructuras moleculares que imitan la estructura de GMPc están rodeadas. Los inhibidores de la fosfodiesterasa tipo 5 actúan sobre la fosfodiesterasa tipo 5 compitiendo con el sustrato natural de la enzima GMPc. GMPc = guanosín monofosfato cíclico. Modificado de: Hatzimouratidis et al., 2016. 31 de la estimulación eléctrica; resultado atribuido a las propiedades de unión especifica del fármaco que es más potente que el compuesto de referencia (Choi et al., 2002; véase Figura 6). Figura 3. Efectos de la administración intracavernosa (IC) de dosis crecientes de vardenafil y sildenafil sobre las presiones de IC (ICP). Se administró vardenafilo o sildenafilo por vía intracavernosa a las dosis indicadas y se registraron las PIC a intervalos de 5 minutos durante un período de 30 minutos y se normalizaron a la presión arterial sistémica (PAS). Los datos son la media más o menos el error estándar de la media.# .05 for vardenafil vs sildenafil. Figura 6. Efectos de vardenafil y sildenafil sobre la duración de la respuesta eréctil. Se administró vardenafil o sildenafil por vía intravenosa (panel izquierdo) o intracavernosa (panel derecho) a las dosis indicadas. La erección del pene se indujo mediante la estimulación del nervio pélvico (SNP) en animales que recibieron los fármacos por vía intravenosa. Los datos son la media más o menos el error estándar de la media. *P ≤ 0.5 para vardenafil con respecto a sildenafil. Modificado de: Choi et al., 2002. Intracavernosa 32 Hasta este punto de la historia, el papel del óxido nítrico para producir la relajación del músculo liso era atribuida principalmente a la activación de los nervios no adrenérgicos/no colinérgicos, que producen su liberación, este a su vez tiene efectos sobre moléculas diana para la modulación del calcio y la vasorrelajación mediada por GMPc (Chitaley et al., 2001). Sin embargo, se ha descrito otra vía de sensibilización al calcio, a partir de un blanco molecular del GMPc que son las proteínas quinasas cíclicas dependientes de GMP que modulan el tono vascular e intestinal. Esta vía involucra una proteína G RhoA y una molécula diana hacia abajo de la cascada de mediadores, la Rho-quinasa, que mantiene una vasoconstricción en los cuerpos cavernosos, introduciendo una nueva visión del mecanismo de la respuesta eréctil (Schlossmann et al., 2003). Con base en los resultados obtenidos mediante la evaluación del compuesto Y- 27632 para inhibir la actividad Rho-quinasa, se demostró que, mediante su inhibición, se produce una mejora de le respuesta eréctil durante la estimulación eléctrica, potenciando así los efectos del óxido nítrico (Mills et al., 2002). En conjunto, el aumento de óxido nítrico inicia la respuesta eréctil y la inhibición de la actividad vasoconstrictora endógena de RhoA/Rho-quinasa de calcio, sinergia su acción para aumentar la presión intracavernosa durante la erección del pene (Chitaley et al., 2001). Esta vía ha sido de interés para la comprensión de la disfunción eréctil, ya que anteriormente, los tratamientos se enfocaban en la modulación del óxido nítrico y en la reducción del calcio a nivel de las trabéculas de los cuerpos cavernosos y no todos los casos de disfunción eréctil están asociados directamente con el mantenimiento del tono constrictor. Por lo que, se le ha dotado de gran importancia fisiológica para la regulación de la contractilidad del músculo liso a través de la modulación de los niveles intracelulares del calcio, ya que la inhibición de esta vía puede servir como un tratamiento para la disfunción eréctil (Mills et al., 2002; Schlossmann et al., 2003; véase Figura 7). 33 Figura 7. Vía RhoA/Rho quinasa. Vía de sensibilización del calcio en células del endotelio. Note que la relajación o contracción de las células de musculo liso depende del balnace de la meromiosina con sin un grupo fosfato, las cuales dependen a su vez de la acción de la noradrenalina y la endotelina tipo 1 en la membrana del musculo liso, NA: Noradrenalina; ET-1: Endotelina tipo 1; MCL: miosina de cadena ligera; MCL-P: miosina de cadena ligera fosfatasa. Modificado de: Somlyo & Somlyo, 2000. 34 VII. Anatomía del pene en distintas especies de mamíferos. En 1876, Sir Charles Darwin, fue uno de los primeros investigadores en interesarse en la selección sexual, principalmente mediante las observaciones de la conducta sexual realizadas en primates, siendo la selección sexual un actor clave en la ejecución de los patrones copulatorios y esta a su vez funcionaba como una presión selectiva para modelar el sistema reproductor, para garantizar el éxito reproductivo y mejorar la eficiencia de la fecundación (Darwin, 1876). Esta presión selectiva ha permitido la divergencia evolutiva entre las distintas especies que se reproducen sexualmente, siendo la anatomía genital una que ha evolucionado más rápidamente en comparación con otras estructuras morfológicas y tiende a ser más evidente la variación a nivel de los genitales masculinos, debido a los múltiples patrones copulatorios que determinaron diferencias estructurales y funcionales entre las distintas especies. Este fenómeno de divergencia morfológicaha sido de interés para los taxónomos, ya que les ha permitido caracterizar y distinguir individuos entre especies estrechamente relacionadas. El origen embriológico de los genitales ha cambiado a lo largo de la evolución, desde que los primeros vertebrados pisaron la tierra, promoviendo el desarrollo de diferentes morfologías entre sí que les permitieran reproducirse ante nuevos ambientes. Estas diferencias morfológicas parten, en primer lugar, del tejido celular del que se originan; en algunos taxones, por ejemplo, en los escamatos como son los lagartos y las serpientes, los genitales comparten un primordio común con las extremidades, esto se desarrolla a partir de las extremidades posteriores en ciernes. Por otro lado, en los roedores los genitales se originan a partir de la mesénquima ventral y de células de la yema de la cola (Tschopp et al., 2014; véase Figura 8). En específico, reptiles, aves, anfibios, algunas especies de peces y mamíferos, durante el desarrollo embrionario poseen un órgano denominado cloaca, situado al final del tracto digestivo, donde los conductos del aparato urinario y reproductor se unen. Este órgano emite señales moleculares para el reclutamiento de diferentes poblaciones celulares que permiten el desarrollo de los genitales externos (Lin et al., 2013). Las células de la cloaca, cuando son injertadas ectópicamente en otros 35 tejidos con células mesenquimales, demuestran una capacidad conservada para emitir las señales inductoras de los genitales; la posición relativa de la cloaca durante la evolución ha permitido el desarrollo de distintas rutas para la generación de los genitales, entre las distintas especies (Tschopp et al., 2014). Para algunas especies un estado derivado de una extremidad representa la base ancestral del desarrollo de sus genitales externos, como es en el caso de algunos reptiles. Para el caso de los mamíferos se conserva una parte de los circuitos moleculares del miembro ancestral, sin embargo, a lo largo de la evolución, el cambio de la posición relativa del centro de señalización cloacal ha desarrollado una ruta alterada para el desarrollo de los genitales externos, separando espacialmente Figura 8. Un cambio de posición relativo de las extremidades, los genitales y la cloaca en escamatos. a – d, tomografías computarizadas de las regiones lumbosacras de ratón (a), anolis (b), pitón (c) y serpiente doméstica (d) resaltadas en color blanco en las etapas embrionarias, que ilustran la posición de los genitales externos en desarrollo. e – h, reconstrucciones tridimensionales de volúmenes cloacales. La cloaca se localiza en la misma posición anteroposterior que la extremidad en escamatos (f – h). Sin embargo, está posicionado más posteriormente en el ratón (e). Modificado de: Tschopp et al., 2014. 36 el desarrollo de las extremidades y el de los genitales, posicionando el tejido que da origen al pene más cerca de la cola. Aunque los genitales externos entre las distintas especies, no son homólogos, si presentan un paralelismo en función ya que conservan parte de las trayectorias genéticas de desarrollo ancestrales, así como las señales moleculares de las células de la cloaca, lo que explica estas similitudes morfológicas, aunque partan de distintas poblaciones celulares (Tschopp et al., 2014). El pene está presente en todos los mamíferos, desde su aparición hace unos 200 millones de años; debido a que los mamíferos presentan fertilización interna, el pene como vehículo para liberación de espermatozoides, es indispensable para el desarrollo de la vida en todas las especies. Existe una gran variedad morfológica en los genitales masculinos, incluso entre especies estrechamente relacionadas se presentan grandes diferencias (Hosken & Stockley, 2004). En todas las especies de mamíferos se presenta una estructura básica similar. El pene es un órgano cilíndrico, está compuesto por tres cuerpos eréctiles; la mayor parte del pene está constituida por dos cuerpos cavernosos que se encuentran recubiertos por la fascia de Buck, se encuentran fusionados en la mayoría de las especies a través del septum intracavernoso, por lo que actúan como una sola estructura. En posición ventral se encuentra el cuerpo esponjoso que aloja la uretra y conforme se extiende distalmente forma el glande en el extremo del pene (Anderson, 2011; Hull y Dominguez, 2015; véase Figura 9). Dentro de las especies de mamíferos existen penes que son muy vasculares, mientras que en otras son de naturaleza fibroelástica. El pene en los humanos, monos, perros, gatos y roedores logran la erección mediante un sistema hidráulico que congestiona el tejido esponjoso mediante un mecanismo de relajación vascular, aunado a la contracción del músculo estriado. Los penes en los ungulados, incluidas las ovejas y las cabras, cerdos y ganado son extruídos por los músculos del pene y dependen muy poco de la congestión, ya que poseen una cuerda de tejido fibroelástico a través del centro del pene, lo que les proporciona la rigidez necesaria (Anderson, 2011; Hull y Dominguez, 2015). 37 Muchas especies poseen morfologías del pene complejas que contienen un hueso peneano alargado, solo se encuentra entre los mamíferos euterios y está ausente en las especies basales de metaterios. Por ejemplo, en los cánidos, el caso de algunos primates, roedores, insectívoros, carnívoros y murciélagos poseen todos un hueso del pene especializado denominado báculo; la erección en estas especies se genera mediante la contracción muscular (Dixson, 2013; véase Figura 10). El báculo ha evolucionado a partir de diferentes contextos biológicos; no se considera una estructura homóloga, ya que no se ha conservado por descendencia a partir de un mismo ancestro común en las distintas especies. A lo largo de la evolución de los mamíferos este hueso peneano ha aparecido un mínimo de nueve veces y se ha perdido unas diez veces (Schultz et al., 2016). Dentro de los primates, la presencia de esta estructura se desarrolló al menos en dos ocasiones: una en primates emparentados con los lémures Strepsirhini y la segunda en un subconjunto de monos y simios Simiiformes; seguida de esta ganancia aparecieron tres pérdidas Independientes, una en el clado Cacajao + Chiroptes, una en el clado Lagothrix + Ateles y otra en los humanos Homo sapiens. (Schultz et al., 2016). Vista lateral Vista transversal Vénulas del pene Vena dorsal profunda Cuerpos cavernosos Septum Arterias cavernosas Uretra esponjosa Prepucio Cuerpo esponjoso Fascia de Buck Figura 9. Anatomía transversal del pene. Tres columnas de tejido eréctil constituyen la mayor parte del volumen del pene. Modificado de: DeSaix et al., 2013. 38 Figura 10. Báculos representativos de los mustélidos. Los báculos se muestran en vista lateral desde el lado derecho (lat), vista ventral (vent) o como punta distal desde el lado izquierdo (dist). a) Carácter 1, curvatura de la punta: Melogale personata (arriba, lat); Martes pennanti (medio, lat); Mustela erminea (abajo, lat). b) Carácter 2, presencia de gancho: Eira barbara (arriba, lat); Mustela eversmanii (abajo, lat). c) Carácter 4, presencia de surco uretral: Lontra canadensis (parte superior, vent); Pteronura brasiliensis (medio, respiradero); Mydaus javanensis (abajo, vent). d) Carácter 5, tamaño de la cabeza: Mefitis (arriba, lat); Martes foina (medio, lat); Meles anakuma (abajo, vent). e) Carácter 6, presencia de abertura en la cabeza: Arctonyx collaris (parte superior, vent); Meles (abajo, vent). f) Carácter 7, división de la punta: Lyncodon patagonicus (parte superior, vent); Lutrogale perspicillata (abajo, vent). g) Carácter 8, forma de la punta: Enhydra lutris (parte superior, vent); Lutra (abajo, vent). h) Carácter 9, complejidad de la punta: Ictonyx libyca (arriba, lat); Martesflavigula (medio, dist); Mustela strigidorsa (abajo, lat). Modificado de: Baryshnikov et al., 2003. a) Carácter 1 b) Carácter 2 c) Carácter 4 d) Carácter 5 e) Carácter 6 f) Carácter 7 g) Carácter 8 h) Carácter 9 39 La gran variedad de diseños anatómicos corresponde a las funciones y requisitos únicos de cada especie; mediante distintos trabajos taxonómicos se ha determinado si existe una correlación directa entre la morfología y el tamaño del pene respecto a los patrones copulatorios en las distintas especies de mamíferos (Hsieh et al., 2012; véase Figura 11). Dentro de los primates, se encuentran múltiples variaciones morfológicas en la longitud, anchura, espesor, forma, textura de su superficie y definición del pene (Dixson, 2013). El pene humano se considera que es el más largo y grueso en comparación con los demás primates; en promedio, el pene erecto de un humano mide aproximadamente 13 centímetros, mientras que el pene erecto de un gorila solamente alcanza tan solo 3 centímetros; por otra parte, el chimpancé y el bonobo en promedio de 8 centímetros con una apariencia fina, suave y termina en forma de punta (Dixon & Anderson, 2004). En los primates, según la teoría de Eberhard (1996), existe una correlación entre el sistema de apareamiento y la morfología del pene; según esta hipótesis los genitales de las especies con un sistema de apareamiento polígamo demuestran una mayor divergencia y una mayor complejidad anatómica del pene respecto a las especies que suelen mantener un sistema de apareamiento monógamo (Arnqvist, 2018). De igual manera, la morfología básica de los testículos entre los primates es generalmente la misma, pero existen diferencias en cuanto al tamaño de la masa testicular en relación con su peso o la masa corporal. En comparación, los humanos poseen testículos más pequeños (véase Tabla 4; Dixon, 2013). Estas diferencias se han asociado a la evolución del sistema de apareamiento en función de las distintas fuentes de selección sexual entre las especies de mamíferos. Se ha planteado que existe una relación entre la variación de la frecuencia copulatoria, los patrones de intromisión en las distintas especies que mantienen múltiples apareamientos y en aquellas que mantienen una alta competencia espermática (Hosken & Stockley, 2004). 40 Monógamos Polígamos Promiscuos Figura 11. Representación esquemática de la complejidad anatómica peneana característica de algunas especies de primates que presentan diferentes tipos de sistemas de apareamiento. Especies de monógamos: a) tamarino cabeza de algodón, b) tití, c) sakí de cabeza blanca, d) gibón. Especies de polígamos: e) gálago, f) anguantibo, g) lori perezoso, h) orangután; y especies de promiscuos: i) mono araña, j) mono ardilla, k) macaco, l) chimpancé. Modificado de: Dixon, 2013. 41 Tabla 4. Masa corporal y masa de ambos testículos en especies de mamíferos clasificados en primates. Nombre científico Nombre común Masa corporal (en gramos) Masa testicular (en gramos) Masa testicular / masa corporal (porcentaje) Callithrix jacchus Tití común 320 1.3 0.41 Saimiri sciurus Mono ardilla 779 3.17 0.41 Cebus apella Capuchino de cabeza dura 2,600 9.1 0.35 Macaca fascicularius Macaco cangrejo 4,787 35.7 0.75 Cercopithecus aethiops Macaco cangrejo 5,290 20.6 0.39 Hylobates lar Gibón manos blancas 5,500 5.5 0.10 Macaca mulatta Mono rhesus 9,200 46.2 0.50 Macaca nemestrina Macaco cola de cerdo 9,980 66.7 0.67 Erythrocebus patas Mono Húsar 10,000 7.2 0.07 Macaca arctoides Macaco rabón 10,510 48.2 0.46 Theropithecus gelada Gelada 20,400 21.5 0.11 Papio anubis Papión olivo 26,400 93.5 0.35 Papio cynocephalus Papión 28,610 76.6 0.26 Pan troglodytes Chimpancé 44,340 118.8 0.27 Homo sapiens Humano 63,540 50.2 0.08 Pongo pygmaeus Orangután 74,640 35.3 0.05 Gorilla Gorilla Gorila 169,000 29.6 0.01 Modificado de: Amezcua et al., 2009. 42 VIII. La fisiología de las erecciones del pene. La erección del pene es una respuesta fisiológica integral de la conducta sexual masculina, ampliamente estereotipada en diversas especies, con sus respectivas variaciones dependientes del sistema de apareamiento. Es un proceso sumamente complejo mediado en principio por un reflejo espinal que requiere la participación de factores anatómicos, hemodinámicos, endocrinos, moleculares, psicológicos y neuronales mediante la coordinación periférica y central del sistema nervioso para el procesamiento e integración de los estímulos sensoriales, olfativos y auditivos previos a la cópula. (Anderson, 2011. 1995). El mecanismo de la erección del pene y de la detumescencia. En principio, la tumescencia del pene se debe a la expansión del tejido eréctil debido al flujo de sangre; específicamente en el pene humano se encuentran tres estructuras denominadas dos de ellas cuerpos cavernosos localizados dorsalmente, unidos por una fascia y un cuerpo esponjoso posicionado de manera ventral alrededor de la uretra (Anderson, 1995). Los cuerpos cavernosos componen la mayor parte del tamaño del pene; son estructuras tubulares compuestas de tejido eréctil vascular altamente especializado, además contiene arterias, venas, nervios y células de músculo liso que, en su estado flácido se encuentran contraídas tónicamente y, durante la excitación sexual, se distienden y se congestionan mediante el flujo sanguíneo, provocando la tumescencia del pene. Ambos cuerpos cavernosos se encuentran envueltos por una vaina de colágeno elástica de dos capas llamada túnica albugínea, que le provee soporte, rigidez y fuerza al tejido eréctil durante la erección. Los cuerpos cavernosos, fisiológicamente, funcionan como una sola unidad a través del septo intercavernoso (Brock et al., 1997). Por otra parte, el cuerpo esponjoso se encuentra situado entre los dos cuerpos cavernosos, en el surco ventral; rodea a la uretra a lo largo del pene y se agranda distalmente formando el glande. A diferencia de los cuerpos cavernosos, el cuerpo esponjoso carece de una túnica densa, por lo que la presión ejercida por el flujo 43 arterial es de aproximadamente un tercio respecto a la que se ejerce en los cuerpos cavernosos (Dean & Lue, 2005). Todos los cuerpos eréctiles se encuentran rodeados por una estructura densa de tejido conectivo, denominada la fascia de Buck, que brinda soporte y protección a las estructuras del pene (Anderson, 1995). Durante la estimulación sexual, se liberan neurotransmisores de las terminales nerviosas cavernosas provenientes de los centros parasimpáticos sacros dirigidos hacia las ramas del plexo pélvico, las cuales relajan la musculatura lisa del tejido eréctil, desencadenando una serie de eventos vasculares que modifican su tumescencia (Dean & Lue, 2005). El primer paso es una disminución de la resistencia vascular por la relajación/dilatación del músculo liso cavernoso y arterial, con el consiguiente aumento del flujo sanguíneo de entre 20 a unas 40 veces. Las sinusoides dentro de los cuerpos cavernosos se llenan de sangre, aumentando el volumen del pene, provocando su elongación y endurecimiento, pero manteniendo la presión intracavernosa similar a la presión arterial sistémica (Lue, 1998). Conforme el pene continúa expandiéndose, la compresión de los plexos venulares subtunicales entre la túnica albugínea y las sinusoides periféricas, hace que la resistencia del flujo de entrada a los cuerpos cavernosos sea menor que la resistencia del flujo de salida, reduciendo así el flujo venoso de salida, aumentando la presión intrapene hasta alcanzar la de 100 mg/Hg en hombres sanos, lo que lleva a una erección completa (Dean & Lue, 2005). Durante este evento veno-oclusivo, los cuerpos cavernosos y el cuerpo esponjo se congestionan aún más por la contracción de los músculos bulbo-esponjoso e isquiocavernoso,
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